Konstanta Kosmologi dan Energi Vakum

Bentuk energi gelap yang paling sederhana adalah energi konstan dari ruang kosong, yaitu konstanta kosmologi Einstein, tetapi nilai yang teramati jauh lebih kecil daripada yang diprediksi teori.

Definition

Konstanta kosmologi adalah istilah konstan dalam persamaan medan Einstein yang sesuai dengan kerapatan energi vakum yang seragam dengan tekanan negatif; diidentifikasi dengan energi gelap, ia menghasilkan ekspansi yang dipercepat, dan magnitudo yang teramati jauh di bawah ekspektasi teoretis naif.

Scope

Topik ini mencakup konstanta kosmologi sebagai suatu istilah dalam persamaan Einstein dan interpretasinya sebagai kerapatan energi vakum, cara komponen tekanan negatif konstan mendorong percepatan, dan masalah konstanta kosmologi yang ditimbulkan oleh ketidaksesuaian besar antara nilai yang teramati dan estimasi teori medan kuantum.

Core questions

• Apa itu konstanta kosmologi dan bagaimana kaitannya dengan energi vakum?
• Mengapa energi vakum konstan menyebabkan percepatan?
• Mengapa masalah konstanta kosmologi begitu parah?

Key concepts

• Konstanta kosmologi
• Energi vakum
• Tekanan negatif
• Persamaan keadaan w sama dengan minus satu
• Masalah konstanta kosmologi
• Argumen antrofik
• Lambda-CDM

Key theories

Energi vakum sebagai Lambda

Teori medan kuantum memprediksi bahwa vakum membawa energi, yang bergravitasi seperti konstanta kosmologi dengan tekanan negatif, menyediakan kandidat alami untuk energi gelap dalam relativitas umum.

Masalah konstanta kosmologi

Estimasi energi vakum dari fisika partikel melebihi kerapatan energi gelap yang teramati dengan puluhan orde magnitudo, sebuah perbedaan yang merupakan salah satu masalah tak terpecahkan terdalam yang menghubungkan gravitasi dan teori kuantum.

Mechanisms

Konstanta kosmologi sesuai dengan kerapatan energi yang tidak menipis seiring dengan ekspansi alam semesta; karena tekanannya sama dengan negatif kerapatan energinya, persamaan Friedmann kedua memberikan ekspansi yang dipercepat setelah ia mendominasi, sementara penjumlahan energi titik nol dari medan kuantum menghasilkan nilai yang jauh lebih besar daripada yang teramati.

Clinical relevance

Konstanta kosmologi adalah fondasi model standar Lambda-CDM dan sesuai dengan semua data saat ini, namun kecilnya nilai yang tidak dapat dijelaskan berada di persimpangan kosmologi, fisika partikel, dan gravitasi kuantum, memotivasi ide-ide mulai dari supersimetri hingga multiverse.

History

Einstein memperkenalkan konstanta ini pada tahun 1917 dan kemudian menyesalinya; setelah penemuan ekspansi, konstanta ini sebagian besar dikesampingkan, tetapi Zeldovich menghubungkannya dengan energi vakum pada tahun 1960-an, Weinberg mempertajam masalah ini pada tahun 1989, dan penemuan percepatan pada tahun 1998 membawa nilai positif kecil kembali menjadi sorotan utama.

Debates

Mengapa Lambda begitu kecil tetapi tidak nol?

Menjelaskan nilai konstanta kosmologi yang sangat kecil dan tidak nol telah mendorong berbagai proposal mulai dari mekanisme pembatalan yang tidak diketahui hingga seleksi antrofik dalam multiverse, yang tidak ada satupun yang telah terbukti, meninggalkan masalah ini terbuka.

Key figures

• Albert Einstein
• Steven Weinberg
• Yakov Zeldovich
• Wolfgang Pauli

Seminal works

• weinberg1989

Frequently asked questions

Apakah konstanta kosmologi sama dengan energi gelap?

Konstanta kosmologi adalah bentuk energi gelap yang paling sederhana, yaitu energi vakum konstan; energi gelap adalah istilah yang lebih luas yang juga mencakup alternatif dinamis, sehingga konstanta adalah salah satu model energi gelap yang spesifik dan saat ini disukai.

Mengapa masalah konstanta kosmologi disebut prediksi terburuk dalam fisika?

Karena estimasi teori medan kuantum naif tentang energi vakum melebihi nilai yang teramati sekitar 120 orde magnitudo, ketidaksesuaian yang belum pernah terjadi sebelumnya antara teori dan observasi yang belum ada mekanisme yang diterima untuk menyelesaikannya.